觀點投書: 美國、蘇聯、日本都會,台灣不會?

2017-01-12 06:10

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新北市貢寮區的龍門核能發電廠(核四廠)(資料照,取自行政院)

新北市貢寮區的龍門核能發電廠(核四廠)(資料照,取自行政院)

林義雄先生在「台灣不該有核四」一文裡,表達他的看法:「核四廠的爭議,不單是要不要電的問題,而是要不要命的問題。-----美國、蘇聯、日本都是科技先進的國家,仍然發生了核災,可見核電災變無法絕對避免。---」

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這篇文章道盡眾多民眾心中的疑慮。如果真的如林義雄先生所說的,牽涉到要不要命的問題,基於愛台灣的熱情,我相信我是第一個跳出來反核的人。

在本文,我將說明何以我認為核能發電是安全的。核能發電的災害分為兩大類。一種是「反應度事故」,也就是如蘇聯車諾比爾事故,而另一種則是由於喪失冷卻水導致無法讓反應爐的餘熱順利排除,終於發生爐心熔毀的事故。後者則是三哩島與福島事故。

1.自動煞車─反應爐的自我控制性

憑什麼你說台灣的輕水爐安全可靠不會發生像蘇聯的車諾比爾型反應爐一樣的事故呢? 這裡牽涉到所謂輕水式反應爐的「自我控制性」。 

當反應爐因為某種原因核分裂異常地增加時(也就是「出力」(OUTPUT) 異常上升的時候),這時水的溫度也節節上升,而水的溫度一上升,水就會膨脹,在超微細的世界來看,這就是氫原子間的距離變為更大,更稀疏了。這麼一來中子就不容易碰到氫原子,速度就降不下來。速度太快那麼會燃燒的鈾就沒法捕捉到中子了。 這樣子順理成章地, 核分裂的次數就減少了。

這就是「水的密度效果」。 輕水式反應爐由於使用水做減速劑,因此像這樣子,會自然而然的抑制核分裂,不讓它失控。 (常溫的水的密度接近1,3000C的高溫的水,其密度會降到約0.7)。

當溫度上升後,數量上佔大多數的「不會燃燒的鈾」(即鈾238)會拼命的把中子吃掉, 中子的數目急劇的減少,稱為「都卜勒效應」。另外溫度上升後也會呈現VOID(氣泡)效果,具有很大很大的抑制核分裂反應的效果。 以上的「水的密度效果」,「都卜勒效應」與「void(氣泡) 效果」合稱為反應爐的自我控制性。

而蘇聯的車諾比爾型反應爐則使用「石墨」作為減速劑。 當反應爐因為某種原因核分裂異常地增加的時候, 溫度上升,但因為石墨是固體因此幾乎不會膨脹,石墨中的碳原子彼此間的間隙仍舊不變,一樣地狹窄,這時所增加的中子也就急速地被減速, 一個個被「會燃燒的鈾」所吸收,也就是核分裂愈來愈多,演變成「失控」(暴走)的情形。

車諾比爾型反應爐在低出力的時候不具有自我控制性,因此運轉規則上嚴格地禁止反應爐在低出力下做長時間的運轉,以免失控。 不過當時的值班人員不清楚違反這規定的嚴重後果,而在低出力下做長時間的運轉以致闖禍。

(作者提供)
「你想知道的核能發電」(作者提供)

2.把總理大臣帶到車諾比爾事故原因的暴走實驗的現場,是不是太危險了?

1961年1月發生的美國SL-1事故,死了三名員工。經過美國在不同型式的十部機組的反應爐上實施加以破壞的實驗。如此一波三折,終於證明 了破壞反應爐的元兇乃是「燃料犯人」,這是1967年春天的事,距離SL-1事故已有六年的歲月,總算真相大白。弄清楚反應爐能夠承受到多大的「反應度」。在某一範圍內的失控出力會受到自己引起的自我控制效果所抑制。

NSSR 正確的名稱為反應爐安全性研究爐Nuclear Safety Research Reactor)  透過約有10m深的池水,觀望從爐心發出的Cerenkov光。 當讀秒開始,發生pulse出力後, 整個爐心發出燦爛的深藍色。 然後馬上轉為淡藍色而消失掉。 前前後後大約10秒就結束了。 帶有妖惑的美的光,逐漸消失的殘光之美是筆墨難以形容的。

以前述及的日本原子力研究所的NSRR經過四千次的暴走出力而仍安然無恙就是利用這健全範圍內的暴走而達成的。.

NSRR的存在正是證明反應爐的自我控制性如何發生作用,將NSRR所產生的2,300萬kW的(熱)出力,在100分之1秒內就消失掉。當NSRR在1975年完成後,可看到象徵核能的神秘的光,很多的政府機構人員以及產業界人士都來參觀Cerenkov的光。 以故福田首相為首,歷代的大平、鈴木、中曾根等幾位首相都參觀過Cerenkov的光。 不過在1986年發生過車諾比爾事故後,總理大臣的參觀就”不再重演”。

到這裡,讀者應會明白西方式的輕水式反應爐(台灣的核一到核四廠均屬之)是不會發生如車諾比爾事故一樣的「反應度事故」的理由了。

把美國在1960年代末期所做的種種與反應爐有關的實驗的結果歸納為以下:

  1. 反應爐的運轉是藉著變化反應度而為之, 反應爐之設計原則為變化的反應度量為遠低於1$ 的很小的量。 如此這般對於反應度變化的反應爐的出力(OUTPUT) 變化是緩慢的。
  2. 如果因為某種原因,對反應爐加上1$以上的反應度就會發生暴走出力,暴走出力的大小依反應度的投入狀況而定,通常被反應爐所具有的自我控制效果將暴走出力加以抑止, 而不會對反應爐有任何損傷。 這一範圍相當廣,在NSRR等的PULSE運轉中被經常利用。
  3. 當反應度的投入量更大的時候,由於暴走出力產生的發熱量會變大而讓燃料受損。 燃料的損傷形態為護套的溶融破損, 燃料棒在被充分冷卻後才折損。因此在如此情形下,不會產生可讓爐心被破壞掉的力量
  4. 當反應度的投入量更是大量的時候, 達到發熱量足以將燃料丸溶融蒸發的程度, 燃料會破裂,而溶融的二氧化鈾就會噴出水中引發水蒸氣爆炸。 其結果爐心被破壞。 
(作者提供)
「你想知道的核能發電」(作者提供)

3.過去業界就像在「汽車本身」安全上下足了功夫,卻忽略了周邊的建設

再來談由於喪失冷卻水導致無法讓反應爐的餘熱順利排除,終於發生爐心熔毀的事故。(LOCA: Loss Of Coolant Accident)。政府以及廠家在LOCA的防範上下足了功夫,建立好幾套多重的冷卻系統,以為萬無一失,可忘記了這些冷卻系統在沒有「電力」的情況下,會有如何嚴重的後果。因為有些控制設備還是要靠電力的。(一般來說,在事故時,冷卻系統維持運轉是靠反應爐停機後產生的「餘熱」推動的,如福島的2號機的RCIC就運轉了約72小時)。

從另一方面來說,有「電力」就可以度過難關。

也就是對於道路的維護,加油站的建設等等沒有用心。事故的發生,就像一輛汽車上了路,卻總是找不到加油站加油,最後油盡只好停駛。

如果有電力供應,就一定能脫險,就像同一電廠的5與6號機,以及鄰近的福島二廠一樣。更近震源,地震強度更大的女川核能電廠(有三部機組),因為有電源且地  勢更高,而免於其難,甚至提供附近三百多名居民做為避難居所長達三個多月。

核能界大老留美濮勵志博士在一篇名為---「核安已不怕萬一」裡說: 「關於或然率大小,對於一般民眾來說,已經不能再用百萬年一次等非常小的數值來作根據。因為不管或然率大小,像數億美金的超級樂透大獎,都有人中過。而超大型的地震與海嘯,近幾年也在印尼與日本發生。隕石不久前掉在西伯利亞,都不是天方夜譚。」

他說:「好在畏核不如知核。以上任何一種天災,發生在龍門核四,或核一、核二、核三廠,都沒關係,因為我們已把天機(物理)也摸透,安全停機後,餘熱用被動的冷卻系統(即所謂的RCIC Reactor Coolant Isolation Cooling)排除。無論緊急柴油發電機啟動與否,終極『斷然處置』程序洩壓,並灌注生水排熱。保證三、四天沒問題。」

「另一重大區分是或然率有瞬間性,無論多小的或然率,該發生的已經發生了。其後過程有百分之百持續性,而不是像阿Q挨打後,罵聲:『今天總算給兒子打了』。飛機失事就有瞬間性,墜毀後乘客存活的可能性很小。但核能事故則不然。它是隨餘熱曲線,緩慢又逐漸的,有許多緩衝的時間。福島一號機洩壓過遲,在24小時之後氫氣爆炸。二、三、四號機,在其後三天陸續氫氣爆炸。如操作員有足夠素養,採用『斷然處置』或其他已熟練的程序,加上現已裝好的補強設備,其後兩、三天餘熱逐漸降低,就什麼問題都沒有。我們已不必再提什麼萬一不萬一了。這也是今天為何全世界核能持續穩定增長的主因。」(承蒙濮勵志博士同意引述此文,謹此申致由衷謝意)

在經過福島事故的教訓後,關西電力公司的核能機組已經改善到即使發生全交流電源喪失(SBO)也還有16天的可繼續運轉的寬裕。(2014/6/17電氣新聞WAVE專欄)        

4.白俄羅斯與波羅的海三小國的選擇

是的,在福島事故中,「但核能事故則不然。它是隨餘熱曲線,緩慢又逐漸的,有許多緩衝的時間。」。並且在過程中有好幾次得以轉危為安的天賜良機,然而東電卻錯失良機。

核四廠王伯輝廠長在給郭位校長的信裡說:「龍門電廠的工程師身處第一線,我們也有父母,我們也有小孩,我們都是個道地的台灣人啊!-----對台灣這塊土地更有一份熱愛」。

是這份熱愛驅使我努力於宣傳核能發電安全,看看飽受車諾比爾事故摧殘的白俄羅斯與波羅的海三小國,為了能獲得國家的能源安全保障,而選擇發展核能發電,也因為知道核能發電安全是可靠的,否則以他們微弱的經濟力,真的不堪「事故的風吹草動」,何必去冒這個險呢?白俄羅斯的三分之一的國土都有受過車諾比爾事故的汙染,如此慘痛代價,哪可能輕易遺忘?

白俄羅斯的首座核電機組在2013年 11月6日反應器間澆置第一次的混凝土,這部機組預定2018年11月運轉。

而波羅的海三小國則共同支持立陶宛興建與核四廠同一機型的「進步型沸水式反應爐(ABWR)」。鑒於烏克蘭情勢的發展,立陶宛的七個政黨(執政與在野)在2014年3月底簽訂2014~20年有關外交、安全保障與防衛的協定。承諾推動興建比撒基納斯核能電廠。

5.結語

也許已超過可容納的篇幅,不過核電安全牽連過廣,非三言兩語能解釋的清楚的。希望大家耐心看,用點心思去了解,一旦有了對核電安全的信心,就好辦了。

*作者為台電退休工程師

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